700 t重吊码头试验介绍

许建中 张代龙

（沪东中华造船（集团）公司 上海200129）

700 t重吊码头试验介绍

许建中 张代龙

（沪东中华造船（集团）公司 上海200129）

700 t重吊为迄今为止国内安装在船上起吊质量最大的克令吊，被业内人士称为“巨型重吊”。文中介绍了安装在为德国建造的20 000载重吨重吊多用途船上的2台700 t重吊，着重分析了该重吊的码头试验过程和所设置的平衡装置。试验中所总结出的一套方法，将为我国今后建造更大型的重吊船提供有益的经验与帮助。

700 t重吊；码头试验；平衡装置

引 言

图1所示为由沪东中华造船（集团）公司（简称“沪东中华”）为德国航运界建造的重吊船正在整体吊装气垫船（此气垫船排水量约550 t，航速近63 kn）。该重吊船所配置的2台700 t重吊，被业内人士称为巨型重吊。为方便起吊，2台重吊被放置在船同一侧（左舷），2台联合可吊重达1 400 t的重物。为保证巨型重吊起吊安全，在建造中必须要进行码头试验，以便检验重吊性能，及时发现问题并排除隐患。现介绍此700 t重吊码头的试验过程。

图1 正在整体吊装的重吊船

1 码头试验

1.1 准备工作

本船入级的船级社为德国船级社（简称GL），GL要求重吊加载试验的最大负荷为110%的安全负荷（SWL），故700 t最大试验负荷为770 t。

沪东中华以前从未进行过770 t吊重负荷试验，因此，设计人员考虑了多种吊重负荷方案，如压铁、水袋甚至废弃驳船，但都不甚理想。这时，设计人员选择采用重吊船本身的一套装置——平衡装置中的水箱。

如前所述，采用2台700 t重吊联吊，吊重可达到1 400 t。为保证在重吊工作时船舶具有足够的稳性，设计制造了一个抗横倾用的平衡装置，其目的是提高船舶横稳性高度与浮力（详见第2.1节）。其中，平衡装置中水箱的结构分为上下两层，上层为4个非水密空舱，下层为4个水密水舱，可装水290 t。为了使这个水箱既不失平衡装置的功能，又能成为重吊的吊重负荷，对平衡水箱结构进行了如下改动：

（1）由于原平衡水箱结构强度仅仅考虑装满水后的工况条件，而现在还要考虑水箱成为700 t重吊试验的吊重负荷，故对水箱板架结构进行了加强处理。

（2）原水箱上层是4个空舱，现设计成4个水密水舱，使原平衡水箱最大负荷从290 t提升到800 t。

此外，当700 t重吊在左舷起吊重物时，原先考虑设计平衡装置在右舷参与船舶的稳性，以提高船舶稳性高度与浮力，但现在平衡水箱是作为700 t重吊的吊重负荷，全船平衡状态则出现了缺额。为了补充这一缺额，设计人员因地制宜，将本船24块舱盖（总重728 t）放到货舱底，再增加150 t压铁［1］。经计算证明船舶重心高度明显下降，弥补了因平衡水箱成为吊重负荷后导致船舶平衡缺额。

1.2 具体步骤

为了控制试验时的风险，在试验时按GL要求，需满足以下3个条件：

（1）对船上的配载按质量要求调整，核查NAPA计算，使GE曲线（船舶稳性曲线）符合试验要求。

（2）最大吊重负荷试验达到110% SWL（安全负荷）［2］，故700 t重吊重负荷试验必须达到770 t。

（3）重吊的操作横倾角最大±5°，纵倾角最大±2°［3］。

平衡水箱经设计修改赋予吊重负荷性质后，其质量可通过加水予以调节（见表1）。

表1 注水调节水箱质量表

具体操作为：水箱底部阀门打开，将水箱浸入水中，加水到大致负荷质量位置，关闭阀门；然后用潜水泵加水，精确调整水位到试验要求负荷质量高度。

表2为700 t重吊主要的试验节点。

表2 重吊试验节点

根据表2作如下试验：

（1）100 t吊重负荷试验

吊重负荷选用水袋，重吊作上升、下降、回转、刹车等常规试验。

（2）385 t吊重负荷试验

① 水箱放入水中吸取一定量水后，关闭水箱海底阀，然后根据表1，用潜水泵加水到2.14 m，水箱重385 t。

② 将吊臂伸展到30 m与8 m处 ，分别进行上升、下降与刹车试验。

（3）770 t吊重负荷试验

① 将平衡水箱放入水中，用潜水泵加水到5.44 m，查表1显示770 t。

② 将吊臂伸展到30 m与8 m处 ，分别进行上升、下降、刹车试验。

③ 将吊臂伸展到16 m，仅进行回转试验。

700 t重吊试验图见图2。

图2 700t重吊试验示意图

2 平衡装置

上文我们提到过平衡装置，其中平衡水箱作为吊重负荷参与700t重吊的试验。本节我们详细介绍平衡装置的构成及其试验。

2.1 平衡装置的构成

在本船左侧两台700 t重吊联合起吊时，吊重负荷将达到1400 t。为保持船舶稳性，特制造一套平衡装置放于船的右舷。这套平衡装置包括1个水箱、1根连接水箱与船体结构的悬臂梁以及油缸、连接插销等。通过这套装置来提高船舶稳性高度与浮力［4］。图3是平衡装置示意图，图4是连接平衡水箱与船体结构的悬臂梁。

图3 平衡装置示意图

图4 悬臂梁

从平衡装置的使用情况分析，当2台700 t重吊联合起吊达1 400 t吊重负荷时，在不同工况条件下，平衡装置受到各种不同力的巨大作用，为此GL船级社、重吊制造商和船东提出要对平衡装置进行强度试验，以消除隐患、排除风险，保证商业运营时装卸货物的安全。

从图3可看出，平衡水箱所受的力，具体为：当平衡水箱全部浸没水中所受最大浮力；当平衡水箱漂浮水面所受最大海浪载荷力［5］；当平衡水箱浮出水面在空中所受最大重力。

以上的最大浮力、最大海浪载荷力、最大重力作用在图3中A、B、C 三点，平衡装置在各种工况下的试验，即是检验悬臂梁与水箱、船体结构连接处A、B、C 三点强度能否满足GL规定的强度要求。

2.2 平衡水箱浸没水中试验

先用克令吊将平衡水箱吊到其工作位置，再将悬臂梁吊运至平衡水箱上方，悬臂梁一端慢慢放下，插入平衡水箱中心围井处。另一端吊运到船上工作位置高度，然后用手动泵将液压插销插入悬臂梁中，使悬臂梁与船体刚性连接（见图5）。

图5 悬臂梁与船体刚性连接

接下来给平衡水箱加水，检查平衡水箱底部人孔盖是否已全部关闭。打开平衡水箱海底门，将水箱底部4个水箱全部灌满。这时悬臂梁插入水箱中的一端处于自由状态。

操作船舶横倾舱，使船舶左倾6°，当船左倾6°时，用手动油泵使插销将平衡水箱与悬臂梁连接起来，从而使悬臂梁、平衡水箱、船体三者刚性连接起来（见图6）。

图6 悬臂梁与平衡水箱连接

悬臂梁已与船体、平衡水箱固定连接，操作横倾舱使船右倾，直到平衡水箱完全浸没到水中（见图7）。

图7 平衡水箱浸没水中

这时平衡装置在平衡水箱全浮状态下受到最大浮力作用（见图8）。从图中看出，受力部位为A、B、C三点。其中：A点为悬臂梁与平衡水箱刚性连接时受到最大浮力的剪力，B、C点为悬臂梁与船体刚性联接时受到最大浮力时的压力与剪力。

图8 平衡装置浸没水中时受力情况

2.3 平衡水箱所受波浪载荷试验

当悬臂梁与船体及平衡水箱刚性连接时，操作克令吊在平衡水箱前部起吊，施加向上的力80 t。然后操作克令吊在平衡水箱后部吊起，也施加向上的力80 t。对平衡水箱前后重复相同拉力试验，实际上是在模拟海浪对平衡装置上下波动所引起的受力情况，即当海浪剧烈波动时，C点受到拉力与压力作用，A和B点受到剪力作用（见图9）。

2.4 平衡水箱脱离水面试验

使悬臂梁与船体刚性联接，而平衡水箱能沿悬臂梁自由浮动。操作横倾舱，使船舶右倾6°。当船舶右倾6°时，利用手动油泵通过液压插销将平衡水箱与悬臂梁联接起来。此时悬臂梁与船体和平衡水箱处于刚性连接（方法同图6）。

图9 模拟海浪平衡装置受力情况

接着，操作横倾舱 ，使船左倾6.3°，直到平衡水箱完全离开水面（见图10）。此时悬臂梁在离水面净空状态下，在B、C点受水箱重力与剪力作用（水箱重225 t），在A点受水箱剪力作用（A、B、C三受力点参考图3）。

图10 平衡水箱脱离水面

2.5 对受力点强度检验

重吊平衡装置做“浸没水中试验”、“波浪载荷试验”、“脱离水面试验”时，按照GL规范，试验过程中根据有限元分析计算将会产生应力强点，需贴应力片，记录产生应力，不允许超过板材相应需用应力；试验后对这些相应位置焊缝作磁粉探伤及超声波检验，不允许焊缝有撕裂、脱落现场；并对悬臂梁、船体结构、平衡水箱连接处测量连接间隙，间隙需满足设计所要求的公差要求。在图11中，对图示圈出部分，为计算分析将会产生应力强点位置：

悬臂梁：图11（a）；船体结构：图11（b）和（d）；平衡水箱：图11（c）。

图11 强度检验图

3 结 论

图12 运营中的20 000 t重吊船

沪东中华从2008年开始建造的10艘20 000 t重吊船正在全球频繁参与海上钻井平台、海上风力发电、大型石油装置等商业运营（见图12）。在重吊船建造过程中，对700 t重吊以及配置的平衡装置进行各种试验，以便发现问题、消除隐患，保证重吊船在起吊超大型重物时万无一失，这也是完全必要的。试验中总结出的方法，可为我国今后建造更大型的重吊船提供经验与帮助。

［1］王方友.400/700克令吊码头试验技术方案研究［C］.第十届沪东中华造船（集团）有限公司科学技术协会论文集，2011：85-88.

［2］ICAS. GL Rules and Programs 9.0［S］. 2007.

［3］中国船舶工业总公司. 船舶设计实用手册舾装分册［M］. 北京：国防工业出版社，2000.

［4］ABH. Assembly Instruction Anti-heeling Pontoon ［R］. 2009.

［5］戴仰山. 船舶波浪载荷 ［M］.北京：国防工业出版社，2007.

Introduction of mooring test for 700 t heavy crane

XU Jian-zhong ZHANG Dai-long
(Hudong-Zhonghua Shipbuilding(Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

The 700 t heavy crane is the crane with the maximum lifting mass among the cranes installed on board in China, which has been called Giant Crane. This paper introduces 2×700 t heavy cranes installed on a 20 000 DWT heavy lifting multi-purpose cargo vessel for German Export, and mainly analyzes the mooring test procedure and the stability pontoon of the vessel. It concludes a set of methods to provide bene fi cial experience and help for the further construction of the even larger crane vessels at home.

700 t heavy crane; mooring test; stability pontoon

U674.35

A

1001-9855（2014）06-0097-06

2014-04-03 ；

2014-04-25

许建中（1957-），男，工程师，研究方向：船舶工程设计管理。

张代龙（1985-），男，工程师，研究方向：舾装设计。